Природные мелиоранты на основе кремнеземов и глиноземов

Основу природных сыпучих минералов – глауконита, бентонита и цеолита – составляет кремнезём SiO2, глинозём Al2O3 и другие компоненты; глауконит содержит также K2O и MgO. Минералы обладают высокими сорбционными и ионообменными свойствами и являются мелиорантами пролонгированного действия. Из аморфного кремнезёма получают кремниевые удобрения.

Деградированные земли юга России нуждаются в нетрадиционной мелиорации для решения проблем реологии почв и их засухоустойчивости, восполнения гумуса и формирования приемлемых условий для почвенной биоты. Для этих целей целесообразно расширение области применения мелиорантов с повышенными сорбционными и ионообменными свойствами (в сочетании с известными агротехническими мелиорациями).

В последние годы возрастает интерес к особым пескам и глинам, которые специалисты характеризуют как агроруды [3]; мы их трактуем как природные сыпучие минералы-иониты [6, 8]. К таким минералам относятся, в частности, кварц-глауконитовые пески (глаукониты), бентонитовые глины (бентониты), цеолиты. Основу минералов-ионитов составляют кремнезёмы SiO2 (≥ 50 %) и глинозёмы Al2O3 (6-20%). В минералах присутствуют также окись железа FeO и Fe2O3, калийное K2O и магниевое MgO удобрения и другие компоненты (табл.1).

Таблица 1 – Химический состав и показатели минералов-ионитов

Минералы обладают высокими сорбционными (адсорбционными) свойствами – способны аккумулировать и удерживать влагу и воздух, т.е. парообразную влагу. Именно по этому показателю обоснованно относить названные минералы к природным мелиорантам. Минералы обладают и высокими ионообменными свойствами – среди обменных катионов (ионов) преобладают Ca2+и Mg2+. Активность обменных катионов находится в диапазоне 40-80 мг-экв/100 г.

В каждом месторождении фиксируется свой состав минералов, даже в пределах одного месторождения возможно варьирование состава. Но закономерности, представленные в таблице, показывают, что в минералах-ионитах:

1. Наибольшее количество окиси кальция CaOхарактерно для цеолитов, иногда встречается в глауконитах;
2. фосфорное удобрение P2O5 является принадлежностью отдельных месторождений глауконитов;
3. глауконитовые пески характеризуются как разновидности калие-магниевых удобрений, суммарное количество K2O и MgO может достигать 17%;
4. во всех минералах стабильно высокое содержание кремнезёмов SiO2 и до не- которой степени глинозёмов Al2O3;
5. сумма обменных катионов в представленных минералах высокая.

Роль минералов-ионитов как почвоулучшителей повсеместно изучается; основополагающие исследования по этой тематике проводятся в Татарстане [3]. Однако при агротехнических исследованиях недостаточно внимания, на наш взгляд, уделяется таким проблемам, как сорбционное и ионизированное воздействия на почву, почвенную биоту и корневую систему растений; слабо изучается роль кремния Si, кремнезёма SiO2 и глинозёма Al2O3, которые широко распространены в природе. В минералах-ионитах присутствуют и биогенные микроэлементы, которые также нуждаются в изучении.

Минерал глауконит может служить альтернативой калийным удобрениям

Сорбционные (адсорбционные) свойства природных минералов-мелиорантов обусловлены преобладающим количеством в них кремнезёмов SiO2. Косвенным подтверждением этого феномена являются особенности другого природного мелиоранта – опока. Это относительно прочная, но пористая осадочная порода, на 97% состоящая из микрозернистого аморфного кремнезёма, которая характеризуется огромными адсорбционными свойствами. Здесь уместно отметить, что основу кремниевых удобрений, применение которых возрастает, составляет именно аморфный кремнезём SiO2 [1].

В ряде работ, например в [1, 4, 5], подчёркивается, что кремнийсодержащие соединения способствуют повышению засухоустойчивости и укреплению иммунной системы зерновых культур (проверяли на примере ячменя). При дозах внесения аморфного диоксида кремния SiO2 до 1 т/га происходит укрепление молекул ДНК и устойчивость растений в агроценозе, достигается повышение урожайности сельхозкультур на 10-53 %, при этом плодородие почвы возрастает за счёт оптимизации фосфорного режима, повышения активности микроорганизмов, снижения токсичности тяжёлых металлов, блокирования пестицидов, улучшения физических свойств почв и т.п.

Кремнезёмы SiO2 и глинозёмы Al2O3 широко распространены в природе, их мелкие фракции (< 0,01 мм) – это основа глинистых пород различного генезиса, а более крупные фракции – это пески. Обе фракции в различных соотношениях присутствуют в агрорудах [3]. В своё время В.И. Вернадский подчёркивал особую роль Si и Al в почвах [2].

Месторождения в Волгоградской области, по прогнозам, содержат 41 млн м³ глауконитов (глауконитовых песков) [14]. Особенностью местных глауконитов является повышенное содержание фосфорного ангидрида P2O5 (в среднем 2,8%), железосо- держащих соединений FeO и Fe2O3 (до 14,5%) и приемлемое количество K2O (5,8%) и MgO (3,9%); реакция водной вытяжки глауконита слабощелочная (pH = 8).

Ряд авторов отмечает, что глауконитовые калие-магниевые удобрения являются средством для мелиорации и рекультивации почвогрунтов, а также для нейтрализации почвенных пестицидов и тяжёлых металлов; их можно вносить отдельно или совместно с традиционными минеральными удобрениями. Глауконит, как мелиорант, аккумулирует влагу из атмосферы, снижает жёсткость почвенной влаги. Весьма важное свойство глауконита, как и других названных мелиорантов, – стимулирование действия минеральных удобрений.

Природные цеолиты характеризуются как почвоулучшители сорбционного типа; в [11] цеолиты представлены также как источник калия для растений. При высоком содержании SiO2 (до 63%) цеолиты обладают хорошими ионообменными свойствами – наряду с Ca2+и Mg2+ содержат и K+, причём количество K+ возрастает после внесения цеолита в почву.

С увеличением дисперсности цеолитов возрастает содержание активной минеральной фракции (с высокими ионообменными свойствами). Показано, что при дозе внесения 25-30 т/га достигается кардинальное снижение в почве тяжёлых металлов – решается важная экологическая проблема.

В отличие от глауконитов и цеолитов, бентонит – это тонкодисперсная (микропористая) глина, что придаёт ей способность поглощать большое количество воды и постепенно её отдавать. Опыты проводили при внесении в почву – под сахарную свеклу – отдельно бентонита и отдельно глауконита (в дозах до 15 т/га), а также бентонита и глауконита в тех же дозах + N90P90K90 [13]. Максимальный эффект достигается при совместном внесении природных минералов и минеральных удобрений.

Объектами наших исследований [9, 10] являются техногенные удобрения-мелиоранты с добавками глауконита, а также смеси глауконита, бентонита и цеолита. В качестве техногенного мелиоранта использовали глубоко переработанный (по ферментно-кавитационному методу) иловой осадок после биологической очистки хозяйственно-бытовых (канализационных) сточных вод. Предложено, в частности, удобрение-мелиорант на основе осадка (80-85%), глауконита и бентонита (7,5-10% каждого) [7].

Переработанный осадок содержит до 15% структурированного органического вещества (гумуса), легко доступного корням растений и почвенной микрофлоре. В осадке присутствуют также доступные формы N, P, K и подвижная сера, но калия недостаточно в общем балансе. Некоторый дефицит калия восполняет глауконит. 

Предлагаемое удобрение-мелиорант обладает огромными сорбционными и ионообменными свойствами. Этот комплекс прошёл проверку на светло-каштановых почвах и в условиях острой засухи, и при наличии капельного орошения.

С учётом сорбционных свойств техногенного осадка и природных минералов- ионитов их внесение в почву целесообразно в виде мульчирующего слоя или с заделкой в приповерхностный слой на глубину до 10 см (посредством, например, тяжёлых дисковых борон). Дозы внесения осадка (или осадка с добавками природных мелиорантов) 5-20 т/га. Действие таких комплексов сохраняется на протяжении 3-х лет при условии, что за это время не будет производиться отвально-лемешная основная обработка почвы (с оборотом пласта).

Имеет перспективу использование природных мелиорантов в защищённом грунте (в теплицах), где ионизирующее излучение будет сохраняться продолжительное время. Комплексные удобрения-мелиоранты (с иловым осадком) целесообразно применять для возрождения деградированных земель в засушливых условиях, в том числе для выращивания технических культур, – для решения проблем влагосбережения и плодородия почв [8, 10].

1. Бочарникова, Е.А. Кремниевые удобрения: история изучения, теория и практика применения [Текст]/ Е.А. Бочарникова, В.В. Матыченков, И.В. Матыченков // Агрохимия. – 2011. – №7. – С.84-96.
2. Вернадский, В.И. Биогеохимическая роль Alи Siв почвах [Текст]/ В.И. Вернадский // Доклады АН СССР. – 1938. – Т.21. – №3. – С.127-130.
3. Ишкаев, Т.Х. Агроэкологические аспекты комплексного использования местных сырьевых ресурсов и нетрадиционных агроруд в сельском хозяйстве [Текст]/ Т.Х. Ишкаев, Ш.А. Алиев, И.А. Яппаров. – Казань: Центр инновационных технологий, 2007.– 232 с.
4. Кремниевые удобрения как фактор повышения засухоустойчивости растений [Текст]/ В.В. Матыченков, А.А. Кособрюхов [и др.] // Агрохимия. – 2007. – №5. – С.63-67.
5. Матыченков, В.В. Влияние кремниевых удобрений на растения и почву [Текст]/ В.В.Матыченков,Я.М.Аммосова,Е.А.Бочарникова//Агрохимия.–2002.–№2.–С.30-38.
6. Овчинников, А.С. Развитие учения об агротехнической мелиорации земель [Текст]/ А.С. Овчинников, В.И. Пындак // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. – 2014. – №3. – С.158-168.
7. Патент № 2529705 РФ, МПК C05D 11/00. Удобрение-мелиорант [Текст]/ В.И. Пындак, А.Е. Новиков. – Опубл. 2014. – Бюл. №27.
8. Проблемы и перспективы выращивания технических культур в засушливых условиях Заволжья [Текст]/ В.П. Зволинский, В.И. Пындак, Н.В. Тютюма, А.Е. Новиков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. – 2014. – №4. – С.176-179.
9. Пындак, В.И. Нетрадиционные удобрения и короткоротационные севообороты при возделывании картофеля и сои [Текст]// Аграрная наука. – 2013. – №12. – С.18-19.
10. Пындак, В.И. Решение проблем отходов и плодородия деградированных земель (на примере Нижнего Поволжья) [Текст]/ В.И. Пындак, А.Е. Новиков, Ю.А. Степкина // Научное обозрение. – 2013. – №4. – С.85-89.
11. Середина, В.П. Агроэкологические аспекты использования цеолитов как почво- улучшителей сорбционного типа и источника калия для растений [Текст]/ В.П. Середина // Известия Томского политехнического университета. – 2003. – Т.306. – №3. – С.56-60.
12. Суюндукова, М.Б. Экологический потенциал природных цеолитов для детоксикации почв Зауралья [Текст]/ М.Б. Суюндукова, Г.Е. Исламгулова// Аграрная наука. – 2010. – №7. – С.7-9.
13. Цыкалов, А.Н. Бентониты и глаукониты в свекловодстве ЦЧР [Текст]/ А.Н. Цыка- лов, Е.Ю. Бобрешов // Вестник Воронежского ГАУ. – 2013. – №3. – С.41-44.
14. Яковлева, Е.А. Глауконит как потенциальное местное удобрение на Кубани [Текст]/ Е.А. Яковлева, А.Н. Бокалов // Научный журнал КубГАУ. – 2012. – №82 (08). – С.622-631.

Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2015. - №2. - C. 73-76.